3. Классификация электрических датчиков » СтудИзба

Глава 3

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ. КОНТАКТНЫЕ ДАТЧИКИ

§ 3.1. Типы электрических датчиков

Электрические датчики относятся к наиболее важным элементам систем автоматики. С помощью датчиков контролируе­мая или регулируемая величина преобразуется в сигнал, в зави­симости от изменения которого и протекает весь процесс регули­рования. Наибольшее распространение в автоматике получили датчики с электрическим выходным сигналом. Объясняется это прежде всего удобством передачи электрического сигнала на рас­стояние, его обработки и возможностью преобразования электри­ческой энергии в механическую работу. Кроме электрических рас­пространение получили механические, гидравлические и пневма­тические датчики.

В гл. 1 было отмечено, что входным сигналом датчиков могут быть самые различные физические величины: механическое пере­мещение, скорость, сила, температура, давление, расход, влаж­ность и др. В зависимости от вида входного сигнала различают датчики перемещения, скорости, силы, температуры и др. Это электрические датчики неэлектрических величин. При автомати­зации электросетей и электроустановок возникает необходимость в получении сигналов, соответствующих току, напряжению, мощ­ности и другим электрическим величинам. Для этого используют датчики тока, напряжения, мощности и др. В них одна электри­ческая величина — входной сигнал — преобразуется в другую электрическую величину — выходной сигнал.

По характеру формирования электрического выходного сигна­ла электрические датчики делятся на параметрические (пассив­ные) и генераторные (активные). В параметрических датчиках изменение входного сигнала вызывает соответствующее измене­ние какого-либо параметра электрической цепи (активного сопро­тивления, индуктивности, емкости). Генераторные датчики явля­ются источниками электрической энергии, зависящей от входного сигнала.

B данной книге принята классификация электрических датчи­ков в зависимости от принципа действия или метода, используе­мого при преобразовании входного сигнала в электрический вы­ходной сигнал. В соответствии с этим    электрические    датчики подразделяют на контактные, потенциометрические, тензометрические, электромагнитные, пьезоэлектрические, емкостные, термо­электрические,    струнные,    фотоэлектрические,     ультразвуковые и др. Надо отметить, что этот ряд непрерывно расширяется — все новые и новые физические явления используются для преоб­разования входных сигналов с развитием науки, техники, техноло­гии, появлением новых материалов. I        По характеру изменения выходного сигнала различают датчики непрерывного (аналогового) и дискретного типа.

Независимо от значения и типа ко всем электрическим датчи­кам предъявляются определенные технические требования. Основ­ными из них являются надежность, точность, чувствительность, быстродействие, минимальные габариты, масса.

Датчики различают также по диапазону изменения входного сигнала. Например,    одни электрические датчики    температуры предназначены для измерения температуры от 0 до 100°С, а дру­гие— от 0 до  1600 °С. Очень важно, чтобы диапазон изменения выходного сигнала был при этом одинаков  (унифицирован)  для разных приборов. Унификация выходных сигналов датчиков поз­воляет использовать общие усилительные и исполнительные эле­менты для самых разных систем автоматики.    В нашей стране такая унификация проведена    путем создания    Государственной системы приборов и средств автоматизации  (ГСП). Унификация элементов и блоков ГСП ускоряет процесс проектирования и из­готовления систем автоматики, повышает технологичность конст­рукций, упрощает комплектацию, монтаж и эксплуатацию авто­матических систем. Иными словами, применение элементов и бло­ков ГСП для систем автоматики экономически выгодно.

§ 3.2. Контактные датчики с дискретным выходным сигналом

Контактные датчики относятся к параметрическим, по­скольку их электрическое сопротивление изменяется в зависимо­сти от входной механической величины. Так как сопротивление изменяется скачком   (в результате замыкания    или размыкания контактов), то контактные датчики имеют дискретный выходной сигнал. Статическая характеристика контактного датчика имеет релейный характер. Можно считать, что выходной сигнал несет информацию типа  «да—нет>  или  «больше—меньше».    Поэтому контактные датчики применяются в основном в системах автома­тического контроля и сортировки размеров, а также в системах автоматической сигнализации различных    физических    величин, преобразуемых в перемещение.

Электрические контактные датчики, используемые для конт­роля размеров деталей, делят на предельные, определяющие, на­ходится ли заданный размер в поле допуска, и амплитудные, измеряющие отклонения детали от заданной геометрической формы.

Рассмотрим работу предельного контактного   датчика    (рис. 3.1, а). На установочной плите / размещена деталь 2, точность выполнения вертикального размера которой необходимо контро­лировать. К Детали подводится измерительный щуп 3 и прижимается с помощью пружины 4. В зависимости от размера детали щуп перемещается в вертикальном    направлении,    поворачивая рычаг 5, несущий подвижный контакт 9. При   опускании    щупа замыкается неподвижный контакт 10, при поднятии — контакт 8. Замыкание происходит в том случае, когда размер детали имеет отклонение в большую или меньшую сторону сверх допустимого. Допустимые пределы отклонения могут быть установлены с по­мощью настроечных винтов 7 и //. Для обеспечения достаточно­го контактного нажатия служит пружина 6. Электрические зажи­мы для подключения подвижного контакта 9 и неподвижных кон­тактов 8 и 10 в электрическую цепь на данной кинематической схеме не показаны.

Амплитудный датчик (рис. 3.1, б) отличается от предельного тем, что подвижный контакт 9 имеет осевое перемещение в нап­равляющих рычага 5. При вращении детали 2 в призме / сначала происходит замыкание подвижного контакта 9 с неподвижным I контактом 8. Если щуп 3 продолжает подниматься, то рычаг пе­ремещается  влево, проскальзывая  через  подвижный  контакт 9. Затем, когда максимальный размер будет пройден    (т. е. щуп начнет опускаться), рычаг переместится вправо, увлекая за собой ) без проскальзывания подвижный контакт. Если отклонение раз-;’ мера  превышает допустимое, то  подвижный контакт  замкнется со вторым неподвижным контактом  10 и в электрическую цепь подается сигнал о том, что деталь бракованная. На предельное отклонение размера датчик  настраивают с  помощью винта  11, используя эталонную деталь.

Рычажная система электроконтактных датчиков играет важ­ную роль. Надежное замыкание и особенно размыкание контак­тов при малом расстоянии Между ними невозможны. Рычажная система позволяет увеличить это расстояние за счет того, что отношение размеров (рис. 3.1). При замыкании контактов датчика происходит изменение сопротивления между подвижным и неподвижным контактами от бесконечности до ничтожно малой величины, определяемой значением контактного сопротивления.

Для уменьшения погрешности измерения рычаги выполняют не на шарнирах, имеющих зазоры между отверстием и осью, а на плоских пружинах. Недостатками рычажных систем являются необходимость в значительных усилиях для перемещения щупа (0,1—3 Н) и повышенная инерционность.

Датчик, показанный на рис. 3.1, является двухпредельным. При необходимости используют одно- и многопредельные датчи­ки. На рис. 3.2 показаны многопредельные датчики. Контакты 1—3 замыкаются последовательно друг за другом при перемеще­нии измерительного щупа 4, контролирующего соответственно размеры деталей. Подсоединение подвижного контакта во внешнюю цепь осуществляется с помощью пружинного подво­да 5. Контактный датчик, приведенный на рис. 3.2, а, переклю­чает несколько цепей сигнализации, а датчик на рис. 3.2, б вы­полняет последовательное замыкание частей резистора R, имею­щего несколько отводов. В последнем случае происходит ступен­чатое уменьшение активного сопротивления, включенного в общую внешнюю цепь.

Контактные многопредельные датчики используют в сортиро­вочных автоматах, разделяющих детали по размерам с достаточ­но высокой точностью (несколько микрометров). Производитель­ность сортировочных автоматов достигает нескольких сотен дета­лей в минуту. Это предъявляет высокие требования к надежности и точности контактных датчиков. Технические показатели датчи­ков в значительной степени зависят от материала и качества из­готовления контактных пар. Нарушение контакта приводит к отказу датчика, а обгорание и износ контактов снижают точность контроля размеров. Поэтому очень важно создать благоприятные условия для работы контактов путем снижения разрывной мощ­ности.

Нагрузкой контактных датчиков довольно часто являются сиг­нальные лампы. При использовании для сигнализации обычных ламп накаливания разрывная мощность довольно велика (не­сколько ватт). Для уменьшения искро- и дугообразования при­меняют искрогасительную цепочку, состоящую из последователь­но соединенных конденсатора и разрядного активного сопротивления.

Такая цепочка подключается параллельно контактам дат­чика. Для повышения надежности контактных датчиков применя­ют неоновые лампочки, которые потребляют значительно мень­шую (по сравнению с лампами накаливания) мощность: 80— 150 мВт (ток 1—1,5 мА при напряжении 80—100 В). Еще боль­шего снижения разрывной мощности можно достичь подключая контакты в цепь управления электронных и полупроводниковых усилителей с большим входным сопротивлением.

Материалы для контактов выбираются в зависимости от контактного давления и условий работы датчика. Для высокочувст­вительных маломощных контактных датчиков давление на кон­тактах изменяется от 0,001 до 0,02 Н. Контакты таких датчиков выполняют из драгоценных металлов (платина, золото и их спла­вы), которые почти не окисляются в нормальных    атмосферных условиях. Однако их износоустойчивость и твердость    невелики. При контактных давлениях 0,05—1 Н применяют серебряные кон­такты. Для мощных контактных датчиков контактные усилия сос­тавляют  несколько  ньютон,  а  в  качестве  материала  контактов используют вольфрам, молибден и их сплавы, обладающие высо­кими твердостью и износоустойчивостью.

Вообще проблема контактов и их надежности очень важна для многих электрических элементов автоматики. Более подробно вопросы выбора материалов и конструкций контактов рассмот­рены в гл. 16.

В качестве контактных датчиков могут быть использованы и рассматриваемые в гл. 15 путевые и конечные выключатели. По сравнению с описанными контактными датчиками они требуют существенно больших усилий для перемещения контактов и име­ют менее высокую точность, но зато могут быть использованы в более мощных цепях.

Достоинствами контактных датчиков являются простота и де­шевизна конструкции, простота регулировки чувствительности, высокая точность, возможность работы в цепях постоянного и переменного токов. К. недостаткам относятся трудность обеспе­чения высокой надежности из-за наличия электрической дуги и искрения, возможность ложных срабатываний при наличии виб­раций и ударной нагрузки.

2. Контактные датчики с дискретным выходным сигналом

Контактные датчики относятся к параметрическим, поскольку их электрическое сопротивление изменяется в зависимости от входной механической величины. Так как сопротивление изменяется скачком (в результате замыкания или размыкания контактов), то контактные датчики имеют дискретный выходной сигнал. Статическая характеристика контактного датчика имеет релейный характер. Можно считать, что выходной сигнал несет информацию типа «да—нет» или «больше—меньше». Поэтому контактные датчики применяются в основном в системах автоматического контроля и сортировки размеров, а также в системах автоматической сигнализации различных физических величин, преобразуемых в перемещение.

Электрические контактные датчики, используемые для контроля размеров деталей, делят на предельные, определяющие, находится ли заданный размер в поле допуска, и амплитудные, измеряющие отклонения детали от заданной геометрической формы.

Рассмотрим работу предельного контактного датчика (рис. 1, а). На установочной плите 1 размещена деталь 2, точность выполнения вертикального размера которой необходимо контролировать. К детали подводится измерительный щуп 3 и прижимается с помощью пружины 4. В зависимости от размера детали щуп перемещается в вертикальном направлении, поворачивая рычаг 5, несущий подвижный контакт 9. При опускании щупа замыкается неподвижный контакт 10, при поднятии — контакт 8. Замыкание происходит в том случае, когда размер детали имеет отклонение в большую или меньшую сторону сверх допустимого. Допустимые пределы отклонения могут быть установлены с помощью настроечных винтов 7 и 11. Для обеспечения достаточного контактного нажатия служит пружина 6. Электрические зажимы для подключения подвижного контакта 9 и неподвижных контактов 8 и 10 в электрическую цепь на данной кинематической схеме не показаны.

Рис. 1. Контактные электрические датчики

Амплитудный датчик (рис. 1, б) отличается от предельного тем, что подвижный контакт 9 имеет осевое перемещение в направляющих рычага 5. При вращении детали

2 в призме 1 сначала происходит замыкание подвижного контакта 9 с неподвижным контактом 8. Если щуп 3 продолжает подниматься, то рычаг перемещается влево, проскальзывая через подвижный контакт 9. Затем, когда максимальный размер будет пройден (т. е. щуп начнет опускаться), рычаг переместится вправо, увлекая за собой без проскальзывания подвижный контакт. Если отклонение размера превышает допустимое, то подвижный контакт замкнется со вторым неподвижным контактом 10 и в электрическую цепь подается сигнал о том, что деталь бракованная. На предельное отклонение размера датчик настраивают с помощью винта 11, используя эталонную деталь.

Рычажная система электроконтактных датчиков играет важную роль. Надежное замыкание и особенно размыкание контактов при малом расстоянии между ними невозможны. Рычажная система позволяет увеличить это расстояние за счет того, что отношение размеров L/a > 1 (рис. 1). При замыкании контактов датчика происходит изменение сопротивления между подвижным и неподвижным контактами от бесконечности до ничтожно малой величины, определяемой значением контактного сопротивления.

Для уменьшения погрешности измерения рычаги выполняют не на шарнирах, имеющих зазоры между отверстием и осью, а на плоских пружинах. Недостатками рычажных систем являются необходимость в значительных усилиях для перемещения щупа (0,1—3 Н) и повышенная инерционность.

Датчик, показанный на рис. 1, является двухпредельным. При необходимости используют одно- и многопредельные датчики. На рис. 2 показаны многопредельные датчики. Контакты 1—3 замыкаются последовательно друг за другом при перемещении измерительного щупа 4, контролирующего соответственно размеры деталей Д₁—Д₃. Подсоединение подвижного контакта во внешнюю цепь осуществляется с помощью пружинного подвода 5. Контактный датчик, приведенный на рис. 2, а, переключает несколько цепей сигнализации, а датчик на рис. 2, б выполняет последовательное замыкание частей резистора

R, имеющего несколько отводов.

Рис. 2. Многопредельные контактные датчики

В последнем случае происходит ступенчатое уменьшение активного сопротивления, включенного в общую внешнюю цепь.

Контактные многопредельные датчики используют в сортировочных автоматах, разделяющих детали по размерам с достаточно высокой точностью (несколько микрометров). Производительность сортировочных автоматов достигает нескольких сотен деталей в минуту. Это предъявляет высокие требования к надежности и точности контактных датчиков. Технические показатели датчиков в значительной степени зависят от материала и качества изготовления контактных пар. Нарушение контакта приводит к отказу датчика, а обгорание и износ контактов снижают точность контроля размеров. Поэтому очень важно создать благоприятные условия для работы контактов путем снижения разрывной мощности.

Нагрузкой контактных датчиков довольно часто являются сигнальные лампы. При использовании для сигнализации обычных ламп накаливания разрывная мощность довольно велика (несколько ватт). Для уменьшения искро- и дугообразования применяют искрогасительную цепочку, состоящую из последовательно соединенных конденсатора и разрядного активного сопротивления. Такая цепочка подключается параллельно контактам датчика. Для повышения надежности контактных датчиков применяют неоновые лампочки, которые потребляют значительно меньшую (по сравнению с лампами накаливания) мощность: 80—150 мВт (ток 1—1,5 мА при напряжении 80—100 В). Еще большего снижения разрывной мощности можно достичь подключая контакты в цепь управления электронных и полупроводниковых усилителей с большим входным сопротивлением.

Материалы для контактов выбираются в зависимости от контактного давления и условий работы датчика. Для высокочувствительных маломощных контактных датчиков давление на контактах изменяется от 0,001 до 0,02 Н. Контакты таких датчиков выполняют из драгоценных металлов (платина, золото и их сплавы), которые почти не окисляются в нормальных атмосферных условиях. Однако их износоустойчивость и твердость невелики. При контактных давлениях 0,05—1 Н применяют серебряные контакты. Для мощных контактных датчиков контактные усилия составляют несколько ньютон, а в качестве материала контактов используют вольфрам, молибден и их сплавы, обладающие высокими твердостью и износоустойчивостью.

В качестве контактных датчиков могут быть использованы путевые и конечные выключатели. По сравнению с описанными контактными датчиками они требуют существенно больших усилий для перемещения контактов и имеют менее высокую точность, но зато могут быть использованы в более мощных цепях.

Достоинствами контактных датчиков являются простота и дешевизна конструкции, простота регулировки чувствительности, высокая точность, возможность работы в цепях постоянного и переменного токов. К недостаткам относятся трудность обеспечения высокой надежности из-за наличия электрической дуги и искрения, возможность ложных срабатываний при наличии вибраций и ударной нагрузки.

ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ

Датчик — Википедия

Да́тчик — собирательный термин, который может означать: измерительный преобразователь; первичный измерительный преобразователь; чувствительный элемент.

[1] В российских рамках стандартизации датчик является средством измерений^[2].

Датчики, выполненные на основе электронной техники, называются электронными датчиками. Отдельный датчик может измерять (контролировать) одну или одновременно несколько физических величин.

В состав датчика входят чувствительные и преобразовательные элементы. Основными характеристиками электронных датчиков являются чувствительность и погрешность.

Датчики широко используются в научных исследованиях, испытаниях, контроле качества, телеметрии, системах автоматизированного управления и в других областях деятельности и системах, где требуется получение измерительной информации.

Измерительный преобразователь — средство измерений, в котором измеряемый сигнал преобразуется в сигнал другой формы, удобной для дальнейшей передачи, преобразования, обработки и хранения.^[3]

Первичный измерительный преобразователь — измерительный преобразователь, который взаимодействует непосредственно с исследуемым объектом.^[4]

Чувствительный элемент — часть преобразовательного элемента средства измерений, первый элемент в измерительной цепи, находящийся под непосредственным воздействием измеряемой величины.^[5] В преобразовательном элементе средства измерений происходит одно из ряда последовательных преобразований величины.^[6]

Датчики являются элементом технических систем, предназначенных для измерения, сигнализации, регулирования, управления устройствами или процессами. Датчики преобразуют контролируемую величину (давление, температура, расход, концентрация, частота, скорость, перемещение, напряжение, электрический ток и т. п.) в сигнал (электрический, оптический, пневматический), удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации информации о состоянии объекта измерений.

Исторически и логически датчики связаны с техникой измерений и измерительными приборами, например термометры, расходомеры, барометры, прибор «авиагоризонт» и т. д. Обобщающий термин датчик укрепился в связи с развитием автоматических систем управления, как элемент обобщенной логической концепции датчик — устройство управления — исполнительное устройство — объект управления. В качестве отдельной категории использования датчиков в автоматических системах регистрации параметров можно выделить их применение в системах научных исследований и экспериментов.

Датчики используются во многих отраслях экономики — добыче и переработке полезных ископаемых, промышленном производстве, транспорте, коммуникациях, логистике, строительстве, сельском хозяйстве, здравоохранении, науке и других отраслях — являясь в настоящее время неотъемлемой частью технических устройств.

В последнее время в связи с удешевлением электронных систем всё чаще применяются датчики со сложной обработкой сигналов, возможностями настройки и регулирования параметров и стандартным интерфейсом системы управления. Имеется определённая тенденция расширительной трактовки и перенесения этого термина на измерительные приборы, появившиеся значительно ранее массового использования датчиков, а также по аналогии — на объекты иной природы, например, биологические.

Датчики по своему назначению и технической реализации близки к понятию «измерительный инструмент» («измерительный прибор»). Однако показания приборов воспринимаются человеком, как правило, напрямую (посредством дисплеев, табло, панелей, световых и звуковых сигналов и проч.), в то время как показания датчиков требуют преобразования в форму, в которой измерительная информация может быть воспринята человеком. Датчики могут входить в состав измерительных приборов, обеспечивая измерение физической величины, результаты которого затем преобразуются для восприятия оператором измерительного прибора.

В автоматизированных системах управления датчики могут выступать в роли инициирующих устройств, приводя в действие оборудование, арматуру и программное обеспечение. Показания датчиков в таких системах, как правило, записываются на запоминающее устройство для контроля, обработки, анализа и вывода на дисплей или печатающее устройство. Огромное значение датчики имеют в робототехнике, где они выступают в роли рецепторов, посредством которых роботы и другие автоматические устройства получают информацию из окружающего мира и своих внутренних органов.

В быту датчики используются в термостатах, выключателях, термометрах, барометрах, смартфонах, посудомоечных машинах, кухонных плитах, тостерах, утюгах и другой бытовой технике.

По методу измерения[править | править код]

• Активные (генераторные)
• Пассивные (параметрические)

По измеряемому параметру[править | править код]

По принципу действия[править | править код]

По характеру выходного сигнала[править | править код]

• Дискретные
• Аналоговые
• Цифровые
• Импульсные

По среде передачи сигналов[править | править код]

• Проводные
• Беспроводные

По количеству входных величин[править | править код]

• Одномерные
• Многомерные

По технологии изготовления[править | править код]

• Элементные
• Интегральные

1. ↑ Датчик//Корнеева Т.В. Толковый словарь по метрологии, измерительной технике и управлению качеством. Основные термины: около 7000 терминов —М.:Рус.яз., 1990
2. ↑ ГОСТ Р 51086-97. Датчики и преобразователи физических величин электронные
3. ↑ Измерительный преобразователь//Корнеева Т.В. Толковый словарь по метрологии, измерительной технике и управлению качеством. Основные термины: около 7000 терминов —М.:Рус.яз., 1990
4. ↑ Первичный измерительный преобразователь//Корнеева Т.В. Толковый словарь по метрологии, измерительной технике и управлению качеством. Основные термины: около 7000 терминов —М.:Рус.яз., 1990
5. ↑ Чувствительный элемент средства измерений//Корнеева Т.В. Толковый словарь по метрологии, измерительной технике и управлению качеством. Основные термины: около 7000 терминов —М.:Рус.яз., 1990
6. ↑ Преобразовательный элемент средства измерений//Корнеева Т.В. Толковый словарь по метрологии, измерительной технике и управлению качеством. Основные термины: около 7000 терминов —М.:Рус.яз., 1990

• Датчики: Справочное пособие / В.М. Шарапов, Е.С. Полищук, Н.Д. Кошевой, Г.Г. Ишанин, И.Г. Минаев, А.С. Совлуков. — Москва: Техносфера, 2012. — 624 с.
• Г. Виглеб. Датчики. Устройство и применение. Москва. Издательство «Мир», 1989
• Capacitive Position/Displacement Sensor Theory/Tutorial
• Capacitive Position/Displacement Overview
• M. Kretschmar and S. Welsby (2005), Capacitive and Inductive Displacement Sensors, in Sensor Technology Handbook, J. Wilson editor, Newnes: Burlington, MA.
• C. A. Grimes, E. C. Dickey, and M. V. Pishko (2006), Encyclopedia of Sensors (10-Volume Set), American Scientific Publishers. ISBN 1-58883-056-X
• Sensors — Open access journal of MDPI
• M. Pohanka, O. Pavlis, and P. Skladal. Rapid Characterization of Monoclonal Antibodies using the Piezoelectric Immunosensor. Sensors 2007, 7, 341—353
• SensEdu; how sensors work
• Clifford K. Ho, Alex Robinson, David R. Miller and Mary J. Davis. Overview of Sensors and Needs for Environmental Monitoring. Sensors 2005, 5, 4-37
• Wireless hydrogen sensor
• Sensor circuits
• Современные датчики. Справочник. ДЖ. ФРАЙДЕН Перевод с английского Ю. А. Заболотной под редакцией Е. Л. Свинцова ТЕХНОСФЕРА Москва Техносфера-2005
• Датчики. Перспективные направления развития. Алейников А. Ф., Гридчин В. А., Цапенко М. П. Изд-во НГТУ — 2001.
• Датчики в современных измерениях. Котюк А. Ф. Москва. Радио и связь — 2006
• ГОСТ Р 51086-97 Датчики и преобразователи физических величин электронные. Термины и определения. раздел 3 «Термины и определения».

виды, устройство, принцип работы, применение

Датчик — это миниатюрное, сложное устройство, которое преобразует физические параметры в сигнал. Подает он сигнал в удобной форме. Основной характеристикой датчика является его чувствительность. Датчики положения осуществляют связь между механической и электронной частью оборудования. Пользуются им для автоматизации процессов. Используются эти устройства во многих отраслях производства.

Описание и назначение

Датчики положения могут быть разными по форме. Изготавливают их для определенных целей. С помощью прибора можно определить месторасположение объекта. Причем физическое состояние не имеет значение. Объект может иметь твердое тело, быть в жидком состоянии, либо даже сыпучим.

При помощи прибора можно решить разные задачи:

• Измеряют положение и перемещение (угловое и линейное) органов в рабочих машинах, механизмах. Измерение может совмещаться с передачей данных.
• В АСУ, робототехнике может быть звеном обратной связи.
• Контроль степени открытия/закрытия элементов.
• Регулировка направляющих шкивов.
• Электропривод.
• Определение данных расстояния до предметов без привязки к ним.
• Проверку функций механизмов в лабораториях, то есть провести испытания.

Классификация, устройство и принцип действия

Датчики положения бывают бесконтактные и контактные.

• Бесконтактные, это приборы являются индуктивными, магнитными, емкостными, ультразвуковыми и оптическими. Они при помощи магнитного, электромагнитного или электростатического поля образуют связь с объектом.
• Контактные. Самым распространенным из этой категории, является энкодер.

Бесконтактный

Бесконтактные датчики положения или сенсорный выключатель, срабатывают без контакта с подвижным объектом. Они способны быстро реагировать и часто включаться.

По прицепу действия бесконтактные бывают:

• емкостными,
• индуктивными,
• оптическими,
• лазерные,
• ультразвуковые,
• микроволновые,
• магниточувствительные.

Бесконтактные могут применяться для перехода на частоту вращения ниже, или остановки.

Индуктивные

Индуктивный датчик бесконтактный работает за счет изменений в электромагнитном поле.

Основные узлы индуктивного датчика изготовлены из латуни либо полиамида. Узлы связанны между собой. Конструкция надежна, способна выдерживать большие нагрузки.

• Генератор создает электромагнитное поле.
• Триггер Шмидта перерабатывает информацию, и передает другим узлам.
• Усилитель способен передавать сигнал на большие расстояния.
• Светодиодный индикатор помогает контролировать его работу и отслеживать изменение настроек.
• Компаунд — фильтр.

Работа индуктивного прибора начинается с момента включения генератора, создается электромагнитное поле. Поле влияет на вихревые токи, которые меняют амплитуду колебаний генератора. Но генератор первый реагирует на изменения. Когда в поле попадает двигающийся металлический предмет, сигнал подается на блок управления.

После поступления сигнала, происходит его обработка. Величина сигнала зависит от объема предмета, и от расстояния, разделяющего предмет и прибор. Затем происходит преобразование сигнала.

Емкостные

Емкостной датчик внешне может иметь обычный плоский или цилиндрический корпус, внутри которого штыревые электроды, и диэлектрическая прокладка. Одна из пластин стабильно отслеживает перемещение предмета в пространстве, в результате изменяется емкость. С помощью этих приборов измеряют угловое и линейное перемещение предметов, их размеры.

Емкостные изделия простоты, обладают высокой чувствительностью и малой инерционностью. Внешнее влияние электрических полей влияет на чувствительность прибора.

Оптические

Оптические датчики называют глазами авторизованного производства. В основном это фотодатчики, работающие в инфракрасной области. Они способны:

• Измерять положение, перемещение предметов, после концевых выключателей.
• Выполнять бесконтактное измерение.
• Выявить положение предметов двигающихся на большой скорости.

Барьерный

Барьерный оптический датчик обозначают латинской буквой «Т». Этот оптический прибор двухблочный. Используется для обнаружения предметов попавших в зону обзора между передатчиком и приемником. Зона действия до 100м.

Рефлекторный

Буквой «R» обозначается рефлекторный оптический датчик. Изделие рефлекторное вмещает в одном корпусе передатчик и приемник. Рефлектор служит отражением луча. Чтобы обнаружить предмет с зеркальной поверхностью в датчике устанавливают поляризационный фильтр. Дальность действия до 8м.

Диффузионный

Датчик диффузионный обозначается буквой «D». Корпус прибора моноблочный. Этим приборам не требуется точная фокусировка. Конструкция рассчитана на работу с предметами, находящиеся на близком расстоянии. Дальность действия 2 м.

Лазерные

Лазерные датчики обладают высокой точностью. Они могут определить место, где происходит движение и дать точные размеры объекта. Приборы эти небольших габаритов. Потреблении энергии приборами минимальное. Изделие моментально способно выявить чужого и сразу включить сигнализацию.

Основа работы лазерного прибора — измерить расстояние до предмета с помощью треугольника. Излучается лазерный луч из приемника с высокой параллельностью, попадая на поверхность предмета, отражается. Отражение происходит под определенным углом. Величина угла зависит от расстояния, на котором находится предмет. Отраженный луч возвращается в приемник. Считывает информацию интегрированный микроконтроллер – он определяет параметры объекта и его расположение.

Ультразвуковые

Ультразвуковые датчики – это сенсорные приборы, которые используются для преобразования электрического тока в волны ультразвука. Их работа основана на взаимодействии колебаний ультразвука с контролируемым пространством.

Работают приборы по принципу радара — улавливают объект по отраженному сигналу. Звуковая скорость постоянная величина. Прибор способен вычислить расстояние до объекта в соответствии с диапазоном времени, когда вышел сигнал и вернулся.

Микроволновые

Микроволновые датчики движения излучают высокочастотные электромагнитные волны. Изделие чувствительно к изменению отражаемых волн, которые создаются объектами в контролируемой зоне. Объект же может быть теплокровным, живым, или просто предметом. Важно чтобы объект отражал радиоволны.

Используемый принцип радиолокации, позволяет обнаружить объект и вычислить скорость его перемещения. При движении срабатывает прибор. Это эффект Допплера.

Магниточувствительные

Этот вид приборов изготавливают двух видов:

• на основе механических контактов;
• на основе эффекта Холла.

Первый может работать при переменном и постоянном токе до 300V или при напряжении близком к 0.

Изделие на основе эффекта Холла чувствительным элементом отслеживает изменение характеристик при действии внешнего магнитного поля.

Контактный

Контактные датчики — это изделия параметрического типа. Если наблюдаются трансформации механической величины, у них изменяется электрическое сопротивление. В конструкции изделия два электрода, которые обеспечивают контакт входа приемника с грунтом. Емкостной преобразователь состоит из двух металлических пластин, держат они два оператора, установленных на удалении друг от друга. Одной пластиной может быть корпус приемника.

Контактный угловой датчик называют энкодер, используется для определения угла поворота вращающегося предмета. Нейтральный отвечает за режимом работы двигателя.

Ртутный

Ртутные датчики положения имеют стеклянный корпус и по размерам схожи с неоновой лампой. Имеется два вывода-контакта с капелькой ртутного шарика внутри стеклянной вакуумной, запаянной колбы.

Используется автомобилистами для контроля угла наклона подвески, открытия капота, багажника. Используют его и радиолюбители.

Сферы применения

Области использования миниатюрных устройств обширны:

• Используют в машиностроении для сборки, тестирования, упаковки, сварки, заклепки.
• В лабораториях применяют для контроля, измерения.
• Автомобильной технике, в транспортной промышленности, подвижной технике. Наиболее популярен датчик нейтральной передачи для МКПП. Во многих системах управления автомобилей присутствуют датчики. Они есть в механизме рулевого управления, клапана, педали, в подкапотных системах, в системах управления зеркалами, креслами, откидными крышами.
• Применяют их в конструкциях роботов, в научной сфере и сфере образования.
• Медицинской технике.
• Сельском хозяйстве и спецтехнике.
• Деревообрабатывающей промышленности.
• Металлообрабатывающей области, в станках металлорежущих.
• Проволочном производстве.
• Конструкциях прокатных станов, в станках с программным управлением.
• Системы слежения.
• В охранных системах.
• Гидравлических и пневматических системах.

2. Контактные датчики с дискретным выходным сигналом

Контактные датчики относятся к параметрическим, поскольку их электрическое сопротивление изменяется в зависимости от входной механической величины. Так как сопротивление изменяется скачком (в результате замыкания или размыкания контактов), то контактные датчики имеют дискретный выходной сигнал. Статическая характеристика контактного датчика имеет релейный характер. Можно считать, что выходной сигнал несет информацию типа «да—нет» или «больше—меньше». Поэтому контактные датчики применяются в основном в системах автоматического контроля и сортировки размеров, а также в системах автоматической сигнализации различных физических величин, преобразуемых в перемещение.

Электрические контактные датчики, используемые для контроля размеров деталей, делят на предельные, определяющие, находится ли заданный размер в поле допуска, и амплитудные, измеряющие отклонения детали от заданной геометрической формы.

Рассмотрим работу предельного контактного датчика (рис. 1, а). На установочной плите 1 размещена деталь 2, точность выполнения вертикального размера которой необходимо контролировать. К детали подводится измерительный щуп 3 и прижимается с помощью пружины 4. В зависимости от размера детали щуп перемещается в вертикальном направлении, поворачивая рычаг 5, несущий подвижный контакт 9. При опускании щупа замыкается неподвижный контакт 10, при поднятии — контакт 8. Замыкание происходит в том случае, когда размер детали имеет отклонение в большую или меньшую сторону сверх допустимого. Допустимые пределы отклонения могут быть установлены с помощью настроечных винтов 7 и 11. Для обеспечения достаточного контактного нажатия служит пружина 6. Электрические зажимы для подключения подвижного контакта 9 и неподвижных контактов 8 и 10 в электрическую цепь на данной кинематической схеме не показаны.

Рис. 1. Контактные электрические датчики

Амплитудный датчик (рис. 1, б) отличается от предельного тем, что подвижный контакт 9 имеет осевое перемещение в направляющих рычага 5. При вращении детали 2 в призме 1 сначала происходит замыкание подвижного контакта 9 с неподвижным контактом 8. Если щуп 3 продолжает подниматься, то рычаг перемещается влево, проскальзывая через подвижный контакт 9. Затем, когда максимальный размер будет пройден (т. е. щуп начнет опускаться), рычаг переместится вправо, увлекая за собой без проскальзывания подвижный контакт. Если отклонение размера превышает допустимое, то подвижный контакт замкнется со вторым неподвижным контактом 10 и в электрическую цепь подается сигнал о том, что деталь бракованная. На предельное отклонение размера датчик настраивают с помощью винта 11, используя эталонную деталь.

Рычажная система электроконтактных датчиков играет важную роль. Надежное замыкание и особенно размыкание контактов при малом расстоянии между ними невозможны. Рычажная система позволяет увеличить это расстояние за счет того, что отношение размеров L/a > 1 (рис. 1). При замыкании контактов датчика происходит изменение сопротивления между подвижным и неподвижным контактами от бесконечности до ничтожно малой величины, определяемой значением контактного сопротивления.

Для уменьшения погрешности измерения рычаги выполняют не на шарнирах, имеющих зазоры между отверстием и осью, а на плоских пружинах. Недостатками рычажных систем являются необходимость в значительных усилиях для перемещения щупа (0,1—3 Н) и повышенная инерционность.

Датчик, показанный на рис. 1, является двухпредельным. При необходимости используют одно- и многопредельные датчики. На рис. 2 показаны многопредельные датчики. Контакты 1—3 замыкаются последовательно друг за другом при перемещении измерительного щупа 4, контролирующего соответственно размеры деталей Д₁—Д₃. Подсоединение подвижного контакта во внешнюю цепь осуществляется с помощью пружинного подвода 5. Контактный датчик, приведенный на рис. 2, а, переключает несколько цепей сигнализации, а датчик на рис. 2, б выполняет последовательное замыкание частей резистора R, имеющего несколько отводов.

Рис. 2. Многопредельные контактные датчики

В последнем случае происходит ступенчатое уменьшение активного сопротивления, включенного в общую внешнюю цепь.

Контактные многопредельные датчики используют в сортировочных автоматах, разделяющих детали по размерам с достаточно высокой точностью (несколько микрометров). Производительность сортировочных автоматов достигает нескольких сотен деталей в минуту. Это предъявляет высокие требования к надежности и точности контактных датчиков. Технические показатели датчиков в значительной степени зависят от материала и качества изготовления контактных пар. Нарушение контакта приводит к отказу датчика, а обгорание и износ контактов снижают точность контроля размеров. Поэтому очень важно создать благоприятные условия для работы контактов путем снижения разрывной мощности.

Нагрузкой контактных датчиков довольно часто являются сигнальные лампы. При использовании для сигнализации обычных ламп накаливания разрывная мощность довольно велика (несколько ватт). Для уменьшения искро- и дугообразования применяют искрогасительную цепочку, состоящую из последовательно соединенных конденсатора и разрядного активного сопротивления. Такая цепочка подключается параллельно контактам датчика. Для повышения надежности контактных датчиков применяют неоновые лампочки, которые потребляют значительно меньшую (по сравнению с лампами накаливания) мощность: 80—150 мВт (ток 1—1,5 мА при напряжении 80—100 В). Еще большего снижения разрывной мощности можно достичь подключая контакты в цепь управления электронных и полупроводниковых усилителей с большим входным сопротивлением.

Материалы для контактов выбираются в зависимости от контактного давления и условий работы датчика. Для высокочувствительных маломощных контактных датчиков давление на контактах изменяется от 0,001 до 0,02 Н. Контакты таких датчиков выполняют из драгоценных металлов (платина, золото и их сплавы), которые почти не окисляются в нормальных атмосферных условиях. Однако их износоустойчивость и твердость невелики. При контактных давлениях 0,05—1 Н применяют серебряные контакты. Для мощных контактных датчиков контактные усилия составляют несколько ньютон, а в качестве материала контактов используют вольфрам, молибден и их сплавы, обладающие высокими твердостью и износоустойчивостью.

В качестве контактных датчиков могут быть использованы путевые и конечные выключатели. По сравнению с описанными контактными датчиками они требуют существенно больших усилий для перемещения контактов и имеют менее высокую точность, но зато могут быть использованы в более мощных цепях.

Достоинствами контактных датчиков являются простота и дешевизна конструкции, простота регулировки чувствительности, высокая точность, возможность работы в цепях постоянного и переменного токов. К недостаткам относятся трудность обеспечения высокой надежности из-за наличия электрической дуги и искрения, возможность ложных срабатываний при наличии вибраций и ударной нагрузки.

ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ

Датчики. Какие бывают датчики, их принцип работы и подключение

Для контроля режима работы нагревательного оборудования чаще всего используются термопары. Прочитав данную статью, вы получите общее представление об этих измерительных элементах, узнаете их принцип действия и особенности конструкции различных видов. В завершении приводится инструкция, следуя которой можно произвести самостоятельную замену термопары.

Учитывая рост популярности газового оборудования для автомобилей, имеет смысл поделиться информацией о датчиках уровня газа, установленных в системах ГБО. Автолюбителям будет полезно узнать принцип устройства этих сенсоров, а также ознакомиться с подробным описанием процесса подключения датчика уровня газа к системе ГБО.

В основу принципа действия многих систем управления заложено измерение температуры рабочей среды или окружающего воздуха. Для решения этой задачи широко применяются специальные датчики, получившие название «термометры сопротивления». Сейчас мы рассмотрим наиболее распространенные виды термодатчиков, их типовые конструкции и схемы включения. Также будет предоставлена информация по классам точности измерительных устройств и обслуживанию в процессе эксплуатации.

Для управления работой двигателя внутреннего сгорания инжекторного типа необходимо измерять объем воздушной смеси, поступающей в цилиндры. Для таких измерений в систему подачи воздуха устанавливаются специальные датчики-воздухомеры. В данной статье мы расскажем, принципе работы этих устройств, их видах и взаимозаменяемости. Также рассмотрены вопросы, связанные с проверкой работоспособности волюметров.

Несмотря на то, что механические контакторы постепенно вытесняются полупроводниковыми ключами, герконы все еще остаются востребованными. Узнав все особенности этих коммутационных устройств, будет несложно понять, в чем заключается их «незаменимость».

Учитывая, что датчиками Холла обрадовано большинство изделий советского, а впоследствии и российского автопрома, владельцам автотранспорта будет полезно узнать о конструкции и принципе действия этого устройства. Данная информация позволит получить представление о работе системы зажигания и даст возможность выявить причину неисправности ДХ.

О распространенности датчиков уровня можно и не упоминать, поскольку с этими устройствами мы постоянно сталкиваемся на протяжении всей жизни. Чтобы не показаться голословным, приведем в качестве примера механический датчик уровня воды в сливном бачке. Что касается электрооборудования, предназначенного для измерения уровня жидкостей в резервуарах, вся информация по этим устройствам приведена в статье.

Практически все современные климат системы имеют возможность регулировать влажность воздуха в помещении. Соответственно, для нормального функционирования этих систем необходимы специальные приборы – датчики влажности. В статье мы расскажем о типовых конструкциях этих устройств, кратко опишем принцип работы и расскажем он некоторых особенностях применения.

Если вовремя обнаружить протечку в ванной комнате или на кухне, то можно существенно минимизировать ущерб. Реализовать такую систему сигнализации можно использую соответствующий датчик. Прочитав статью, вы узнаете, как функционирует такое устройство, и ознакомитесь с примерами реализации сигнализации утечки воды. Приведенные принципиальные схемы могут быть легко собраны домашним мастером.

Принцип работы автоматических систем водоснабжения заключается в своевременном управлении насосным оборудованием. Определить необходимость запуска или отключения насоса можно при помощи датчика давления. Ознакомившись с нашей статьей можно получить представление о принципе работы такого устройства, а также узнать, как осуществляется настройка датчика давления.

Можно существенно сэкономить на электричестве оборудовав помещение датчиком присутствия, который будит отключать питание от источников света, если никого нет в комнате определенное время. Мы расскажем, какие типы датчиков можно использовать для этой цели и приведем несколько принципиальных схем с их использованием.

В системах безопасности и цепях управления освещением используются специальные датчики движения. Информация, собранная в статье поможет найти ответы на многие вопросы, связанные с этими сенсорами. В частности узнать, какие бывают виды датчиков, ознакомиться с принципом их работы и зоной действия, а также получить представление о способах настройки и подключении.

В некоторых технологических процессах важно определить степень деформации, сделать это можно при помощи тензодатчика. Несмотря на то, что такое устройство в быту практически не используется (за исключением электронных весов), информация о нем может быть полезна для общего развития. Прочитав статью, вы узнаете, как функционирует датчик, и получите представление о принципе определения степени деформации.

Материал данной статьи полностью посвящен индуктивным датчикам. Кратко описывается их принцип работы, варианты исполнения, а также сфера применения. Отдельно затрагивается тема касательно выбора устройства в зависимости от поставленной задачи.

В некоторых случаях установка проводных датчиков движения не представляется возможным. На это может быть множество причин, но основная из них — сложности с проведением сигнальной линии. Решить проблему можно используя беспроводные устройства. В статье мы рассмотрим, как реализован интерфейс передачи сигнала в таких устройствах, их конструктивные особенности и варианты подключения.

Тем, у кого имеется дача или частный дом со скважиной забора воды, мы рекомендуем ознакомиться с материалом данной статьи, посвященной поплавковым и герконовым датчикам уровня. С их помощью можно собрать простую схему управления глубинным насосом, отключающую или запускающую двигатель в зависимости от степени наполнения водой накопительной емкости.

Для управления освещением придомовой территории удобно использовать беспроводные датчики движения. О том, как работают такие устройства, вариантах исполнения и способах подключения, можно узнать, прочитав нашу статью. В завершении приводится инструкция по организации освещения при помощи беспроводных датчиков движения.

Практически во всех современных моделях авто зарубежного и отечественного автопрома устанавливаются датчики, контролирующие температуру в системе подачи воздуха к двигателю. Для автолюбителей мы специально подготовил материал, в котором описывается принцип работы и устройство таких датчиков. Отдельно рассказано, как произвести диагностику датчика температуры воздуха и, при необходимости, замену этого устройства.

Срабатывание датчика давления масла довольно неприятный момент, с которым сталкивались многие автолюбители. Что делать в этом случае, можно узнать из нашей статьи. Мы рассмотрим не только диагностику и ремонт, а и кратко опишем принцип действия датчика и его устройство.

Для управления системами отопления и климат контроля используются специальные устройства – терморегуляторы. Тем, кому интересно узнать о принципе действия этих приборов, рекомендуем прочитать нашу статью. Из нее вы узнаете, какие виды терморегуляторов получили наибольшее распространение и как осуществляется их подключение и настройка.

Можно без преувеличения сказать, что тепловые и дымовые датчики являются важными элементами систем пожарной сигнализации. Детально о различных видах пожарных сенсоров, вариантах их подключения и принципе работы, мы расскажем в данной публикации. В завершении статьи приводятся советы специалистов по установке извещателей.

Современные системы управления двигателем внутреннего сгорания контролируют множество показателей, в частности температуру охлаждающей жидкости. Для этой цели используется специальный датчик, установленный в системе охлаждения. О принципе работы этого сигнализатора, его обслуживании и замене, вы узнаете, прочитав нашу статью.

Классификация датчиков и их назначение

Датчики представляют собой сложные устройства, которые часто используются для обнаружения и реагирования на электрические или оптические сигналы. Устройство преобразует физический параметр (температура, кровяное давление, влажность, скорость) в сигнал, который может быть измерен прибором.

Классификация датчиков при этом может быть различной. Есть несколько основных параметров распределения измерительных устройств, о которых речь пойдет дальше. В основном такое разделение связано с действием различных сил.

Это просто объяснить на примере измерения температуры. Ртуть в стеклянном термометре расширяется и сжимает жидкость, чтобы преобразовать измеренную температуру, которая может быть считана наблюдателем с калиброванной стеклянной трубки.

Критерии выбора

Существуют определенные особенности, которые необходимо учитывать при классификации датчика. Они указаны ниже:

1. Точность.
2. Условия окружающей среды — обычно датчики имеют ограничения по температуре, влажности.
3. Диапазон — предел измерения датчика.
4. Калибровка — необходима для большинства измерительных приборов, так как показания меняются со временем.
5. Стоимость.
6. Повторяемость — изменяемые показания многократно измеряются в одной и той же среде.

Распределение по категориям

Классификации датчиков подразделяются на следующие категории:

1. Первичное входное количество параметров.
2. Принципы трансдукции (использование физических и химических эффектов).
3. Материал и технология.
4. Назначение.

Принцип трансдукции является фундаментальным критерием, которому следуют для эффективного сбора информации. Обычно материально-технические критерии выбираются группой разработки.

Классификация датчиков на основе свойств распределяется следующим образом:

1. Температура: термисторы, термопары, термометры сопротивления, микросхемы.
2. Давление: оптоволоконные, вакуумные, эластичные манометры на жидкой основе, LVDT, электронные.
3. Поток: электромагнитные, перепад давления, позиционное смещение, тепловая масса.
4. Датчики уровня: перепад давления, ультразвуковая радиочастота, радар, тепловое смещение.
5. Близость и смещение: LVDT, фотоэлектрический, емкостный, магнитный, ультразвуковой.
6. Биосенсоры: резонансное зеркало, электрохимический, поверхностный плазмонный резонанс, светоадресуемый потенциометрический.
7. Изображение: устройства с зарядовой связью, CMOS.
8. Газ и химия: полупроводник, инфракрасный, проводимость, электрохимический.
9. Ускорение: гироскопы, акселерометры.
10. Другие: датчик влажности, датчик скорости, масса, датчик наклона, сила, вязкость.

Это большая группа, состоящая из подразделов. Примечательно, что с открытием новых технологий разделы постоянно пополняются.

Назначение классификации датчиков, основанное на направлении использования:

1. Контроль, измерение и автоматизация производственного процесса.
2. Непромышленное использование: авиация, медицинские изделия, автомобили, бытовая электроника.

Датчики могут быть классифицированы в зависимости от требований к питанию:

1. Активный датчик — приборы, которые требуют питания. Например, LiDAR (обнаружение света и дальномер), фотопроводящая ячейка.
2. Пассивный датчик — датчики, которые не требуют питания. Например, радиометры, пленочная фотография.

В эти два раздела входят все известные науке приборы.

В текущих применениях назначение классификации датчиков можно распределить по группам следующим образом:

1. Акселерометры — основаны на технологии микроэлектромеханического сенсора. Они используются для мониторинга пациентов, которые включают кардиостимуляторы. и динамических систем автомобиля.
2. Биосенсоры — основаны на электрохимической технологии. Применяются для тестирования продуктов питания, медицинских устройств, воды и обнаружения опасных биологических патогенов.
3. Датчики изображения — основаны на технологии CMOS. Они используются в бытовой электронике, биометрии, наблюдении за дорожным движением и безопасностью, а также на компьютерных изображениях.
4. Детекторы движения — основаны на инфракрасной, ультразвуковой и микроволновой/ радиолокационной технологиях. Задействуются в видеоиграх и симуляторах, световой активации и обнаружении безопасности.

Типы датчиков

Есть и основная группа. Она разделена на шесть основных направлений:

1. Температура.
2. Инфракрасное излучение.
3. Ультрафиолет.
4. Сенсор.
5. Приближение, движение.
6. Ультразвук.

В каждую группу могут входить подразделы, если технология даже частично используется в составе конкретного устройства.

1. Датчики температуры

Это одна из основных групп. Классификация датчиков температуры объединяет все устройства, имеющие способность проводить оценку параметров исходя из нагрева или остывания конкретного типа вещества либо материала.

Это устройство собирает информацию о температуре от источника и преобразует ее в форму, понятную для другого оборудования или человека. Лучшая иллюстрация датчика температуры — ртуть в стеклянном термометре. Ртуть в стекле расширяется и сжимается в зависимости от изменений температуры. Наружная температура является исходным элементом для измерения показателя. Положение ртути наблюдает зритель, чтобы измерить параметр. Существует два основных типа датчиков температуры:

1. Контактные датчики. Этот тип устройств требует прямого физического контакта с объектом или носителем. Они контролируют температуру твердых веществ, жидкостей и газов в широком диапазоне температур.
2. Бесконтактные датчики. Этот тип датчиков не требует какого-либо физического контакта с измеряемым объектом или носителем. Они контролируют неотражающие твердые вещества и жидкости, но бесполезны для газов из-за их естественной прозрачности. Эти приборы используют закон Планка для измерения температуры. Этот закон касается тепла, излучаемого источником для измерения контрольного показателя.

Работа с различными устройствами

Принцип действия и классификация датчиков температуры разделяются и на использование технологии в других типах оборудования. Это могут быть приборные панели в автомобиле и специальные производственные установки в промышленном цеху.

1. Термопара — модули изготовлены из двух проводов (каждый — из разных однородных сплавов или металлов), которые образуют измерительный переход путем соединения на одном конце. Этот измерительный узел открыт для изучаемых элементов. Другой конец провода заканчивается измерительным устройством, где формируется опорный переход. Ток протекает по цепи, так как температура двух соединений различна. Полученное милливольтное напряжение измеряется для определения температуры на стыке.
2. Термодатчики сопротивления (RTD) — это типы терморезисторов, которые изготавливаются для измерения электрического сопротивления при изменении температуры. Они дороже, чем любые другие устройства для определения температуры.
3. Термисторы. Они представляют собой другой тип термического резистора, в котором большое изменение сопротивления пропорционально небольшому изменению температуры.

2. ИК-датчик

Это устройство излучает или обнаруживает инфракрасное излучение для определения конкретной фазы в окружающей среде. Как правило, тепловое излучение испускается всеми объектами в инфракрасном спектре. Этот датчик обнаруживает тип источника, который не виден человеческим глазом.

Основная идея состоит в том, чтобы использовать инфракрасные светодиоды для передачи световых волн на объект. Другой ИК-диод того же типа должен использоваться для обнаружения отраженной волны от объекта.

Принцип действия

Классификация датчиков в системе автоматики в этом направлении распространена. Это связано с тем, что технология дает возможность задействовать дополнительные средства для оценки внешних параметров. Когда инфракрасный приемник подвергается воздействию инфракрасного света, на проводах возникает разность напряжений. Электрические свойства компонентов ИК-датчика можно использовать для измерения расстояния до объекта. Когда инфракрасный приемник подвергается воздействию света, разность потенциалов возникает через провода.

Где применяется:

1. Термография: согласно закону об излучении объектов, можно наблюдать за окружающей средой с видимым освещением или без него, используя эту технологию.
2. Нагревание: инфракрасное излучение можно использовать для приготовления и разогревания пищевых продуктов. Они могут убрать лед с крыльев самолета. Преобразователи популярны в промышленной области, такой как печать, формование пластмасс и сварка полимеров.
3. Спектроскопия: этот метод используется для идентификации молекул путем анализа составляющих связей. Технология использует световое излучение для изучения органических соединений.
4. Метеорология: измерить высоту облаков, рассчитать температуру земли и поверхности возможно, если метеорологические спутники оснащены сканирующими радиометрами.
5. Фотобиомодуляция: используется для химиотерапии у онкологических больных. Дополнительно технология используется для лечения вируса герпеса.
6. Климатология: мониторинг обмена энергией между атмосферой и землей.
7. Связь: инфракрасный лазер обеспечивает свет для связи по оптоволокну. Эти излучения также используются для связи на короткие расстояния между мобильными и компьютерными периферийными устройствами.

3. УФ-датчик

Эти датчики измеряют интенсивность или мощность падающего ультрафиолетового излучения. Форма электромагнитного излучения имеет большую длину волны, чем рентгеновское излучение, но все же короче, чем видимое излучение.

Активный материал, известный как поликристаллический алмаз, используется для надежного измерения ультрафиолета. Приборы могут обнаруживать различное воздействие на окружающую среду.

Критерии выбора устройства:

1. Диапазоны длин волн в нанометрах (нм), которые могут быть обнаружены ультрафиолетовыми датчиками.
2. Рабочая температура.
3. Точность.
4. Вес.
5. Диапазон мощности.

Принцип действия

Ультрафиолетовый датчик принимает один тип энергетического сигнала и передает другой тип сигналов. Для наблюдения и записи этих выходных потоков они направляются на электрический счетчик. Для создания графиков и отчетов показатели передаются на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), а затем на компьютер с программным обеспечением.

Используется в следующих приборах:

1. Ультрафиолетовые фототрубки — это чувствительные к излучению датчики, контролирующие обработку воздуха в ультрафиолете, обработку воды в ультрафиолете и облучение солнцем.
2. Датчики света — измеряют интенсивность падающего луча.
3. Датчики ультрафиолетового спектра — представляют собой устройства с зарядовой связью (ПЗС), используемые в лабораторных снимках.
4. Детекторы ультрафиолетового света.
5. Бактерицидные УФ-детекторы.
6. Датчики фотостабильности.

4. Сенсорный датчик

Это еще одна большая группа устройств. Классификация датчиков давления применяется для проведения оценки внешних параметров, отвечающих за появление дополнительных характеристик при действии определенного объекта либо вещества.

Датчик касания действует как переменный резистор в соответствии с местом, где он подключается.

Сенсорный датчик состоит из:

1. Полностью проводящее вещество, такое как медь.
2. Изолированный промежуточный материал, такой как пена или пластик.
3. Частично проводящий материал.

При этом строгого разделения нет. Классификация датчиков давления устанавливается посредством выбора конкретного сенсора, который и оценивает появляющееся напряжение внутри либо снаружи изучаемого объекта.

Принцип действия

Частично проводящий материал противодействует течению тока. Принципом линейного датчика положения является то, что поток тока считается более противоположным, когда длина материала, по которому должен пройти ток, больше. В результате сопротивление материала изменяется путем изменения положения, в котором он вступает в контакт с полностью проводящим объектом.

Классификация датчиков автоматики строится полностью на описанном принципе. Здесь же задействуют дополнительные ресурсы в виде специально разработанного ПО. Как правило, программное обеспечение связано с сенсорными датчиками. Устройства могут запомнить «последнее прикосновение», когда датчик отключен. Они могут зарегистрировать «первое прикосновение», как только датчик активируется, и понять все значения, связанные с ним. Это действие аналогично перемещению компьютерной мыши на другой конец коврика, чтобы переместить курсор в дальнюю сторону экрана.

5. Датчик приближения

Все чаще в современных транспортных средствах используют эту технологию. Классификация электрических датчиков с использованием световых и сенсорных модулей набирает популярность у автомобильных производителей.

Датчик приближения обнаруживает наличие объектов, которые находятся почти без каких-либо точек соприкосновения. Поскольку нет контакта между модулями и воспринимаемым объектом и отсутствуют механические детали, эти устройства имеют длительный срок службы и высокую надежность.

Различные типы датчиков приближения:

1. Индуктивные датчики приближения.
2. Емкостные датчики приближения.
3. Ультразвуковые датчики приближения.
4. Фотоэлектрические датчики.
5. Датчики Холла.

Принцип действия

Датчик приближения излучает электромагнитное или электростатическое поле или пучок электромагнитного излучения (например, инфракрасного) и ожидает ответного сигнала или изменений в поле. Обнаруживаемый объект известен как цель регистрирующего модуля.

Классификация датчиков по принципу действия и назначению будет следующей:

1. Индуктивные устройства: на входе имеется генератор, который изменяет сопротивление потерь на близость электропроводящей среды. Эти устройства предпочтительны для металлических объектов.
2. Емкостные датчики приближения: они преобразуют изменение электростатической емкости между электродами обнаружения и заземлением. Это происходит при приближении к близлежащему объекту с изменением частоты колебаний. Для обнаружения близлежащего объекта частота колебаний преобразуется в напряжение постоянного тока, которое сравнивается с заданным пороговым значением. Эти приборы предпочтительны для пластиковых объектов.

Классификация измерительной аппаратуры и датчиков при этом не ограничивается представленным выше описанием и параметрами. С появлением новых образцов измерительных приборов общая группа увеличивается. Разные определения утверждены для различения датчиков и преобразователей. Датчики могут быть определены как элемент, который воспринимает энергию, чтобы произвести вариант в той же или другой форме энергии. Датчик преобразует измеряемую величину в желаемый выходной сигнал, используя принцип преобразования.

На основании полученных и созданных сигналов принцип можно разделить на следующие группы: электрические, механические, термические, химические, излучающие и магнитные.

6. Ультразвуковые датчики

Ультразвуковой датчик используется для обнаружения присутствия объекта. Это достигается за счет излучения ультразвуковых волн от головки устройства и последующего приема отраженного ультразвукового сигнала от соответствующего объекта. Это помогает в обнаружении положения, присутствия и движения объектов.

Поскольку ультразвуковые датчики полагаются на звук, а не на свет при обнаружении, они широко используются для измерения уровня воды, медицинских процедур сканирования и в автомобильной промышленности. Ультразвуковые волны могут обнаружить невидимые объекты, такие как прозрачные пленки, стеклянные бутылки, пластиковые бутылки и листовое стекло, с помощью своих отражающих датчиков.

Принцип действия

Классификация индуктивных датчиков строится на сфере их использования. Здесь важно учитывать физические и химические свойства объектов. Движение ультразвуковых волн различается в зависимости от формы и типа среды. Например, ультразвуковые волны движутся прямо в однородной среде и отражаются и передаются обратно на границу между различными средами. Человеческое тело в воздухе вызывает значительное отражение и может быть легко обнаружено.

В технологии используются следующие принципы:

1. Мультиотражение. Многократное отражение имеет место, когда волны отражаются более одного раза между датчиком и объектом обнаружения.
2. Предельная зона. Минимальное расстояние срабатывания и максимальное расстояние срабатывания можно регулировать. Это называется лимитной зоной.
3. Зона обнаружения. Это интервал между поверхностью головки датчика и минимальным расстоянием обнаружения, полученным в результате регулировки расстояния сканирования.

Устройства, оборудованные этой технологией, позволяют проводить сканирование различных типов объектов. Ультразвуковые источники активно применяются при создании транспортных средств.